蓄能器的基本功能

1、蓄能器的基本功能蓄能器的基本功能蓄能器的功用主要分為存儲能量、吸收液壓沖擊、消除脈動和回收能量等。2.1 存儲能量這一類功用主要應(yīng)用蓄能器能夠較大量存儲能量的功能。在實際使用中又可細分為作輔助動力源、減小裝機容量、補償泄漏、作緊急動力源以及構(gòu)成恒壓油源等。2.1.1 作輔助動力源典型液壓源回路見圖2-1,帶蓄能器的液壓源回路見圖2-2。圖2-1  一般液壓源回路      圖2-2  帶蓄能器的液壓源回路兩種回路從表面看僅為是否有蓄能器的差別,兩種回路的性能差別卻非常大。蓄能器作為能量儲存裝置在液壓源回路中出現(xiàn),其主要用途是

2、作為輔助油源,該回路經(jīng)常在間歇性操作工況的液壓系統(tǒng)中被采用。液壓源回路中安裝蓄能裝置,在減小液壓泵的驅(qū)動功率、節(jié)約能源、降低噪聲、消除肪動、降低設(shè)備運行成本等方面效果非常明顯；另一方面還可以提高液壓系統(tǒng)的安全性和可靠性,一旦發(fā)生故障或停電時,還可以作為應(yīng)急動力源,促使主機恢復(fù)到安全狀態(tài),避免重大事故的發(fā)生。這類回路在液壓系統(tǒng)工作時能補充油量,減少液壓油泵供油,降低電機功率,減少液壓系統(tǒng)尺寸及重量,節(jié)約投資。常用于間歇動作,且工作時間很短；或在一個工作循環(huán)中速度差別很大,要求瞬間補充大量液壓油的場合。典型輔助能源回路如圖2-3所示。液壓機液壓系統(tǒng)中當模具接觸工作慢進及保壓時,部分液壓油儲入蓄能器

3、；而在沖模快速向工件移動及快速退回時,蓄能器與泵同時供油,使液壓缸快速動作。對于圖2-4所示的回路,調(diào)節(jié)節(jié)流閥,可以控制油缸運動速度,低速時系統(tǒng)壓力波動很小,油泵保持卸荷狀態(tài),由蓄能器提供壓力油,蓄能器成為動力源,驅(qū)動油缸運動。圖2-4 蓄能器為動力源的回路圖2-5所示的回路設(shè)置大小兩個蓄能器,可以完成高、低壓兩個泵的功能?？爝M時,油泵和大蓄能器一起供油。當移動件碰上快速開關(guān)A時二位二通閥動作,接通小蓄能器的回路,此時,小蓄能器的壓力大于大蓄能器的壓力,故單向閥B截止,油泵和大蓄能器的油過不來,由快進轉(zhuǎn)為工作進給,同時,油泵向大蓄能器充油。如果工作進給時間比蓄能器充油時間長,應(yīng)用卸荷閥使油泵卸

4、荷?！纠?-1】 某軋鋼廠實際年軋制能力大大超出了當初的年設(shè)計能力,年軋制能力的大大提高,導(dǎo)致軋制速度的提高。液壓系統(tǒng)如圖2-6所示。液壓缸是其執(zhí)行機構(gòu),由于軋制速度的提高,液壓缸在同一時間內(nèi)所需的液壓油就更多,液壓泵長時間處于超負荷狀態(tài),導(dǎo)致能耗增加,液壓泵發(fā)熱過高而損壞。同時,液壓泵輸出的液壓油油溫上升,密封件老化加快,極易泄漏,從而要求停機處理。當液壓泵供油不足時,一組蓄能器就向系統(tǒng)供油,但是還不能滿足系統(tǒng)供油需要時,蓄能器皮囊就極易破裂,對管路的沖擊就會加大。如果對恒壓變量泵進行改造,加大其流量,那么液壓泵的驅(qū)動電機也要重新進行匹配,再加上泵站內(nèi)設(shè)備布置、空間布局也要重新考慮。通過對液

5、壓系統(tǒng)的分析、比較,提出了一種代價最小,最切實可行的方法,就是加大蓄能器容量,經(jīng)過比較選用了德國的HYDAC蓄能器。改造完成后,用于主機生產(chǎn),無需更換蓄能器皮囊。降低了工人的勞動強度,又降低了成本,提高了生產(chǎn)效益。圖2-6 液壓系統(tǒng)原理圖1 液壓泵；2單向閥；3蓄能器；4過濾器；5伺服閥；6液壓缸2.1.2 保持恒壓某些液壓執(zhí)行元件工作中要求在一定的工作壓力下長時間保持不動,這時如果啟動液壓泵來補充泄漏以保持恒壓是不經(jīng)濟的,而采用蓄能器則是最經(jīng)濟有效的。液壓系統(tǒng)泄漏（內(nèi)漏）時,蓄能器能向系統(tǒng)中補充供油,使系統(tǒng)壓力保持恒定。常用于執(zhí)行元件長時間不動作,并要求系統(tǒng)壓力恒定的場合。保壓回路如圖2-7

6、所示,液壓夾緊系統(tǒng)中二位四通閥左位接入,工件夾緊,油壓升高,通過順序閥1、二位二通閥2、溢流閥3使油泵卸荷,利用蓄能器供油,保持恒壓。圖2-7 保壓回路1 順序閥；2二位二通閥；3溢流閥【例2-2】 在風(fēng)力發(fā)電機液壓系統(tǒng)中,蓄能器用于降低液壓泵啟動頻率。由于液壓泵采用間歇工作制,當液壓泵停止工作,而系統(tǒng)需要保壓時,系統(tǒng)會有不同程度的內(nèi)泄。使用蓄能器后就可通過釋放蓄能器中儲存的壓力油來補償系統(tǒng)的泄漏,使液壓系統(tǒng)的壓力基本維持恒定,這樣就降低了液壓泵的啟動頻率。在僅有一個失效制動類型執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)中,蓄能器容積往往選得很小。如選用大容量的蓄能器,在制動過程中必須將蓄能器中儲存的壓力油泄回油箱,

7、這樣就降低了執(zhí)行機構(gòu)的響應(yīng)速度。BONUS600kW風(fēng)力機的高速制動液壓系統(tǒng)中使用0.32L的蓄能器；NTK300kW風(fēng)力機的機械制動液壓系統(tǒng)中僅使用0.075L的蓄能器；NTK300kW風(fēng)力機葉尖液壓系統(tǒng)中,在高壓油口中省略了蓄能器,靠缸體的變形和油液的微量壓縮量來儲存壓力能?！纠?-3】 小浪底水利樞紐是一座以防洪減淤為主,并兼顧供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型工程。樞紐泄水建筑物由3條孔板洞、3條排沙洞、3條明流泄洪洞、6條發(fā)電洞及正常溢洪道組成。3條明流泄洪洞是樞紐主要泄洪建筑物,承擔樞紐的泄洪、排沙、排漂等任務(wù)。明流泄洪洞閘門和液壓啟閉機布置在進水塔內(nèi),每扇弧形閘門各由一臺液壓啟閉機

8、獨立操作。每套液壓啟閉機均有獨立的液壓泵站,泵站和油缸均布置在液壓啟閉機室內(nèi)。啟閉機采用搖擺式結(jié)構(gòu),油缸支承在機架軸承座中,吊頭與弧門吊耳相連。啟閉機泵站設(shè)有兩套油泵電機組,其中一套作為工作泵組,一套作為備用泵組。兩套油泵電機組共用一套液壓控制閥塊,油箱、管道均采用不銹鋼材料,液壓泵站的壓力油經(jīng)過管道進入油缸上、下腔,對閘門進行操作。液壓系統(tǒng)如圖2-8所示。為防止重力以及油液泄漏引起閘門下降,在油缸下腔裝有氣囊式液壓蓄能器,為油缸下腔充液、保壓,并配有蓄能器專用油泵電機組p2。當蓄能器壓力降至規(guī)定值時,該油泵電機組自動投入運行,為蓄能器充液、增壓。蓄能器的使用不但克服了以往機械鎖定機構(gòu)笨重、操

9、作繁冗等缺點,還為方便集中控制和操作提供了前提條件。當閘門處于全開或者局部開啟位置,若油缸密封發(fā)生泄漏將導(dǎo)致閘門下沉?xí)r,油缸下腔通過氣囊式蓄能器自動補泄,使閘門保持在所要求的位置。當蓄能器壓力低于調(diào)定壓力時,壓力繼電器動作,接通蓄能器電機,延時10s后電磁鐵通電,蓄能器充壓,延時12min后電磁鐵斷電,5s后蓄能器電機停止轉(zhuǎn)動。蓄能器電機只有在主泵組兩電機都停機狀態(tài)下,才能投入運行。圖2-8  啟閉機液壓系統(tǒng)2.1.3 作液體補充裝置對于圖2-9所示的液壓回路,因活塞桿占有一定的體積,蓄能器能補充供給液壓缸內(nèi)無桿腔與有桿腔之間體積差的油量。活塞桿縮回時,油返回到有桿腔內(nèi),多余的油儲到

10、蓄能器內(nèi)；活塞桿伸出時,蓄能器內(nèi)的油補充到無桿腔內(nèi)。圖2-9  蓄能器作液體補充裝置2.1.4 作應(yīng)急動力源大型工程機械的轉(zhuǎn)向和制動多采用液壓助力。當轉(zhuǎn)向或制動系統(tǒng)的液壓源出現(xiàn)故障時,蓄能器可以幫助解決其應(yīng)急轉(zhuǎn)向或制動的問題。工廠突然停電,或發(fā)生故障,油泵中斷供油,蓄能器能提供一定的油量作為應(yīng)急動力源,使執(zhí)行元件能繼續(xù)完成必要的動作。圖2-10所示為應(yīng)急動力源。停電時,二位四通閥右位接入,蓄能器放出油量經(jīng)單向閥進入油缸有桿腔,使活塞桿縮回,達到安全目的。圖2-10  應(yīng)急動力源2.2 吸收液壓沖擊2.2.1 概述輸送液體的管道中,由于生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié),常需要啟閉閥門

11、,水泵和水輪面也有可能發(fā)生突然開、停的情況。這種時候,管道內(nèi)的液體速度就會發(fā)生突然變化,有時還是急劇的變化,液體速度的變化使液體的動量改變,反映在管道內(nèi)的壓強迅速上升或下降,并伴有液體錘擊的聲音,這種現(xiàn)象稱為液擊現(xiàn)象,也叫做水錘或水擊。液擊造成管道內(nèi)壓力的變化有時是很大的,突然加壓嚴重時可使管子爆裂,迅速降壓形成的管內(nèi)負壓可能使管子失穩(wěn)。液擊還常導(dǎo)致管道振動、發(fā)出噪聲,嚴重影響管道系統(tǒng)的正常運行。換向閥突然換向,液壓泵突然停轉(zhuǎn),執(zhí)行元件的運動突然停止,甚至在需要執(zhí)行元件緊急制動時,都會使管路內(nèi)液體受到?jīng)_擊而產(chǎn)生沖擊壓力,這些情況下安全閥也不能避免其壓力的增高,其值可能高達正常壓力值的幾倍以上；

12、這種沖擊壓力往往會引起系統(tǒng)中儀表、元件和密封元件發(fā)生故障,還會使系統(tǒng)產(chǎn)生強烈的振動。如圖2-11所示的回路,在控制閥或液壓缸等受到?jīng)_擊之前的管路上裝設(shè)蓄能器,可以吸收或緩和換向閥突然換向,油缸突然停止運動產(chǎn)生的沖擊壓力。換向閥突然換向時,蓄能器吸收了液壓沖擊,使壓力不會劇增。圖2-11  吸收液壓沖擊的回路2.2.2 應(yīng)用實例飛機對加注油料的質(zhì)量要求較高,另外,考慮到易于維護、工作壽命、動作的靈活性等因素通常選用皮囊式蓄能器作為水擊壓力緩沖器。在管路內(nèi)油壓作用下皮囊內(nèi)保持必需的剩余壓力,皮囊內(nèi)氣體與所輸送油料之間彼此隔開。在加油系統(tǒng)管網(wǎng)中采用皮囊式蓄能器能夠有效地抑制瞬變壓力波,削減

13、水擊壓力波動幅值,降低末端閥門在關(guān)閉過程中產(chǎn)生的壓力波動頻率；皮囊式蓄能器的初始空氣體積越大抑制瞬變壓力波動的效果越理想；與初始容積相對應(yīng),初始壓力越大時由于其氣體初始容積變小,因而其抑制效果要比初始壓力小的效果要差些；安裝位置越靠近水擊壓力發(fā)生源,蓄能器控制效果越理想；選用皮囊式蓄能器作為水擊壓力緩沖器時應(yīng)進行系統(tǒng)動態(tài)分析,同時統(tǒng)籌兼顧緩沖器的安裝位置、容積大小及其運行參數(shù)之間關(guān)系才能更好地發(fā)揮控制水擊作用；為了有效地控制水擊,皮囊式蓄能器應(yīng)盡量設(shè)置在飛機加油管路上,或安裝在給加油車加油的加油站內(nèi),并盡可能直接靠近水擊壓力起源地。2.2.3 應(yīng)用實例在煤礦液壓支架修理完成后,進行液壓油缸工作

14、試驗過程中,即液壓支架無負載液壓系統(tǒng)中,經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)油缸的伸縮是不平穩(wěn)的,不是均勻的伸縮運動。在井下不管是移架還是升降液壓支架,即液壓支架有負載的液壓系統(tǒng)中,同樣會經(jīng)常出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。同時發(fā)現(xiàn)液壓管道有振動,甚至劇烈跳動,出現(xiàn)噪聲現(xiàn)象,嚴重時,會導(dǎo)致高壓膠管崩裂和接頭損壞而卸壓,甚至造成人身傷害事故。在液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)的這類現(xiàn)象大部分是因為系統(tǒng)中產(chǎn)生壓力瞬變所導(dǎo)致。液壓系統(tǒng)內(nèi)的流速發(fā)生突變時必將引起液壓沖擊,在系統(tǒng)中完全避免液壓沖擊是很難的,但可通過適當途徑減小液壓支架液壓系統(tǒng)的峰值壓力,消除高壓膠管崩裂卸壓傷人,降低噪聲。保持系統(tǒng)正常工作的重要途徑為：增加乳化液泵的柱塞數(shù),比如由三柱塞改為五柱塞

15、泵,以減小系統(tǒng)壓力的脈動；同時使液壓系統(tǒng)保持較高的液壓固有頻率,一般可采用蓄能器來減小液壓系統(tǒng)的峰值壓力。2.2.4 應(yīng)用實例隨著超高層建筑的不斷出現(xiàn),電梯的速度變得越來越快,電梯坑道的建筑空間也要隨之發(fā)生改變。電梯用緩沖器的行程隨著電梯速度的增加要成平方地增加,這樣電梯底坑就要隨之加深,造成了建筑空間的很大浪費。如果采用彈簧或者柱塞復(fù)位,其復(fù)位彈簧的高度將占用緩沖器總體高度中相當大的一部分。為了節(jié)約空間,降低緩沖器的有效高度,一種利用活塞式蓄能器復(fù)位的適用于高速沖擊的小尺寸緩沖器被研制出來。緩沖器主要實現(xiàn)緩沖和復(fù)位兩個功能過程,所設(shè)計的新型緩沖器是采用蓄能器在緩沖過程中儲存的能量來實現(xiàn)柱塞復(fù)

16、位的。在相同的制停條件下,這種緩沖器緩沖作用的時間短,大部分的動能通過蓄能器轉(zhuǎn)化為油液的內(nèi)能儲存,另一部分通過節(jié)流作用轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。在理論上,最好的節(jié)流方式是梯形凸臺和多孔式。在此,綜合考慮了結(jié)構(gòu)、功能、成本等各方面因素,從理論設(shè)計上確定緩沖性能最優(yōu)方案,采用徑向分布節(jié)流小孔來實現(xiàn)緩沖過程的節(jié)流。盡管活塞式蓄能器反應(yīng)不像皮囊式靈敏,缸體加工和活塞密封性能要求較高,但通過設(shè)計,可以實現(xiàn)緩沖器結(jié)構(gòu)上的一體化,使成本降低、結(jié)構(gòu)緊湊。因此,最終選用活塞式蓄能器。蓄能器不僅可使緩沖過程平穩(wěn),而且其在緩沖過程中儲存的能量,可取代傳統(tǒng)緩沖器中的復(fù)位彈簧,從而大大縮減緩沖器的軸向尺寸。在高速電梯中采用此設(shè)

17、計方案,可以減小底坑的高度,提高空間的利用率。采用活塞式蓄能器取代氣囊式蓄能器,緩沖性能可以滿足標準要求,即使由于蓄能器活塞質(zhì)量的慣性會造成緩沖器外腔壓力在緩沖開始階段的振蕩,但是通過減小活塞質(zhì)量,可以使振蕩現(xiàn)象得到明顯的減輕,而且這個振蕩是收斂的,不影響緩沖器的整體功能。采用活塞式蓄能器可以實現(xiàn)緩沖器結(jié)構(gòu)上的一體化。蓄能器活塞的密封圈與缸壁之間的摩擦力大小對緩沖器的復(fù)位時間有較大的影響,宜采用組合密封。2.3 消除脈動、降低噪聲2.3.1 概述除螺桿泵之外,其他類型液壓泵輸出的壓力油都存在壓力脈動,從而影響液壓系統(tǒng)的工作性能。對于采用柱塞泵且其柱塞數(shù)較少的液壓系統(tǒng),泵流量周期變化使系統(tǒng)產(chǎn)生振

18、動。為了減輕或消除壓力脈動,通常的做法是在不變更原設(shè)備液壓元件的情況下,在液壓泵附近設(shè)置蓄能器,以吸收壓力脈動（如圖2-12所示）。系統(tǒng)的壓力脈動多是由流量脈動引起的,在一個脈動周期內(nèi),高于平均流量的部分被蓄能器吸收,低于平均流量的部分由蓄能器供給。這就吸收了脈動中的能量,降低了脈動；減小了對敏感儀器和設(shè)備的損壞程度。圖2-12 吸收壓力脈動蓄能器回路在多執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)中,由于泵的啟動往往滯后,如系統(tǒng)中無蓄能器,在一個執(zhí)行機構(gòu)動作時會引起系統(tǒng)壓力大幅下降,影響其他執(zhí)行機構(gòu)的正常工作。蓄能器能使其壓力波動大大減小。例如,風(fēng)力發(fā)電機偏航制動器制動時,如蓄能器損壞不起作用,會引起系統(tǒng)壓力下降,從

19、而引起機械制動器制動力矩減小。在實踐中往往發(fā)現(xiàn),裝設(shè)蓄能器前后設(shè)備振動狀況改善不明顯,這當然不是蓄能器的質(zhì)量問題,實際上蓄能器在系統(tǒng)中吸收脈動的效果與很多因素有關(guān),如蓄能器和管路中油液的質(zhì)量、蓄能器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)、管路的特性、回路中元件的特性和流量脈動頻率等。因此,需要具體地分析。2.3.2 應(yīng)用實例軋鋼機液壓壓下采用三通閥控缸的結(jié)構(gòu)形式,因此,液壓缸有桿腔是恒定的壓力油作用。這樣,如果在軋制過程中液壓缸有桿腔的壓力有脈動,這將引起軋制力的波動,從而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。因此,為保證軋制力穩(wěn)定,通常在液壓缸有桿腔的進油路上設(shè)置液壓力脈動補償蓄能器（見圖2-13）。圖2-13  軋機

20、壓下液壓回路1 動態(tài)補償蓄能器；2伺服閥；3壓下缸；4脈動補償蓄能器2.4 回收能量2.4.1 概述隨著工業(yè)化進程的加速,能源需求量日益增加,石油資源面臨枯竭的危機。汽車節(jié)能已成為全球的熱點問題。國內(nèi)外都在研究開發(fā)使用新型動力傳動系統(tǒng)來提高設(shè)備經(jīng)濟性和動力性,降低能源消耗,減少大氣污染,保護生態(tài)環(huán)境。用蓄能器回收能量可以提高能量利用率,是節(jié)能的一個重要途徑。蓄能器因為可以暫存能量,所以可以用來回收多種動能、位置勢能。具體應(yīng)用包括回收車輛制動能量、回收工程機械動臂機構(gòu)位能、回收液壓挖掘機轉(zhuǎn)臺制動能量、回收石油修井機及鉆機管下落重力勢能、回收電梯下行重力勢能等。例如,液壓升降機是被廣泛用于市政工程

21、、建筑、安裝、倉儲、貨物裝運及工廠生產(chǎn)過程（在鑄造、焊接、噴涂、搬運、裝配等工作場合,就有各種升降機被用作輸送和定位的工具）中的一種機械設(shè)備。較大型升降機的驅(qū)動裝置一般都選用液壓缸,由其結(jié)構(gòu)原理由工作特點所決定。在升降機工作臺攜帶著工件上升時,需要液壓缸向其提供驅(qū)動力,即液壓缸輸出能量,把機械（液壓）能轉(zhuǎn)換成勢能；而在升降機工作臺攜帶著工件下降時,其勢能將被釋放出來。這種勢能如果不能有效地回收利用,則會造成能量浪費。這種能量浪費對于小型升降機來說尚不嚴重,但對于載重和舉升高度較大、南非頻繁工作的機型來說,就非常厲害了。對于此類機型,應(yīng)在其液壓系統(tǒng)中設(shè)計儲能裝置,以把升降機下降過程中釋放出的勢能

22、儲存起來,并在上升時重新加以利用,從而減少無用功的消耗,提高能量的利用效率,并同時達到使系統(tǒng)運行平穩(wěn)、工作可靠、安全的目的。對于城市用車輛,需要頻繁地起步加速與制動。車速低、油耗高、排放污染與噪聲嚴重是城市車輛的共有問題。制動器頻繁地作用,造成能量的無謂消耗。如能把制動器消耗的能量回收,在車輛起步時釋放,這無疑是提高能量利用率的有效途徑,同時也會改善車輛排放性能。對于工程機械,液壓設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生很大的能量損失,利用蓄能器可實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能,減小能量損失,提高傳動效率。蓄能器的作用是：在制動過程中,泵/馬達呈泵的工況向蓄能器供油,使其回收制動能量,形成制動力矩,制動力矩的大小可通過改變泵/馬

23、達的排量進行控制；重新啟動時,先由蓄能器釋放儲存的制動能量,通過泵/馬達單獨驅(qū)動車輪,當機器啟動后達到一定速度時,再由發(fā)動機驅(qū)動；當發(fā)動機的輸出功率大于驅(qū)動車輪所需功率時,多余的能量輸入蓄能器儲存起來；在發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩小于驅(qū)動車輪的需要時,蓄能器釋放能量以加大驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩。加裝蓄能器的主要優(yōu)點是：吸收或補充發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩,使發(fā)動機始終工作在效率最高的工況下,回收與利用制動能量,大大降低了機器行駛中頻繁啟動和制動時造成的燃油消耗。圖2-14為柴油機的油馬達啟動系統(tǒng),在該系統(tǒng)中設(shè)置有蓄能器。啟動時,扳動二位二通手動換向閥,蓄能器供油驅(qū)動馬達去帶動柴油機啟動。柴油機啟動后松開手動換向閥,截止通向馬

24、達的回路,油泵向蓄能器充油,以備再用。圖中手動油泵是在蓄能器泄漏后補油用。2.4.2 應(yīng)用實例車輛靜液壓儲能傳動系統(tǒng)如圖2-15所示。在該系統(tǒng)中,由于蓄能器的存在使系統(tǒng)中液壓泵的流量q1與變量馬達的流量q2之間沒有直接聯(lián)系,流量之差（q3=q1-q2）將直接流入或流出液壓蓄能器,即液壓泵和變量馬達有互不相關(guān)的轉(zhuǎn)速。變量馬達采用對稱結(jié)構(gòu),通過零點的軸向柱塞斜盤式結(jié)構(gòu),變量馬達可以完全可逆工作,即排量V2的大小和方向均可以改變。變量馬達可在四象限工作,當變量馬達工作在一象限時驅(qū)動車輛前進；在三象限時驅(qū)動車輛后退,即車輛倒擋工況是通過改變變量馬達的旋向來實現(xiàn)的；當在二象限和四象限時分別為前進和后退的

25、制動工況。靜液壓傳動系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)變量馬達斜盤的傾斜角及其方向來適應(yīng)外負載的變化和馬達工況的轉(zhuǎn)變。在車輛傳動系統(tǒng)中加入儲能元件蓄能器后,傳動系統(tǒng)的工作方式發(fā)生了很大的變化。主要表現(xiàn)在：車輛起步時,由發(fā)動機或蓄能器或兩者同時提供能量驅(qū)動車輛起步行駛；僅由發(fā)動機提供能源驅(qū)動車輛起步行駛,同時向蓄能器充液,當系統(tǒng)達到規(guī)定壓力后,發(fā)動機停機或處于怠速狀態(tài),此時由蓄能器提供車輛行駛所需的能量,直到不能滿足車輛行駛要求,發(fā)動機才重新開始正常工作,并保持在相應(yīng)的經(jīng)濟工作區(qū)域附近,需要峰值功率時由蓄能器來補充；當車輛減速或制動時,發(fā)動機停機或怠速,液壓馬達以泵工況方式工作,將車輛的慣性能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存在蓄能器

26、中,根據(jù)需要釋放出來驅(qū)動車輛,這樣可實現(xiàn)制動能回收（通常在制動器處以熱能形式耗散掉）。因此車輛靜液壓儲能傳動系統(tǒng)主要特點為：發(fā)動機可以間歇式工作,降低油耗,減少排放；采用二次調(diào)節(jié)技術(shù)使發(fā)動機負荷與工作負荷完全分離；蓄能器可提供峰值功率,減少發(fā)動機的裝機容量；可減少制動頻率和實現(xiàn)部分制動能回收；易于實現(xiàn)車輛直接驅(qū)動/全輪驅(qū)動,使車輛結(jié)構(gòu)相應(yīng)簡單,減少了由機械傳動引起的振動和噪聲；改善車輛的操縱性及行駛的平穩(wěn)性,提高其乘坐的舒適性。2.4.3 應(yīng)用實例在當今社會,城市交通中的機動車輛數(shù)量眾多,帶來了巨大的能量消耗。由于城市人口和車輛集中,造成城市車輛運行工況的特殊性。特別對于城市用公交車輛,需要頻

27、繁地起步加速與換擋制動。車速低、油耗高、排放污染與噪聲嚴重是城市公交車輛的共有問題。制動器頻繁地作用,造成能量的無謂消耗。如能把制動器消耗的能量回收,在車輛起步時釋放,這無疑是提高能量利用率的有效途徑,同時也會改善車輛的排放性能。由于帶有液壓蓄能器的液壓系統(tǒng)具有能量密度高、可控性和可靠性高的特點,非常適合車輛這類在起步和制動時短時間需大能量的工況。車輛在制動初期具有一定的動能,在一般制動情況下,這部分能量除被道路阻力、風(fēng)阻消耗外,大部分被制動器以摩擦形式消耗掉。為回收這部分動能,在車輛傳動系上加額外的阻力源,把動能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存起來。車輛制動能量回收系統(tǒng)以雙向變量泵-馬達為能量轉(zhuǎn)化裝置,以皮

28、囊式蓄能器為能量儲存單元,系統(tǒng)布置簡圖如圖2-16所示。在車輛制動時,控制單元2根據(jù)制動踏板1的制動強度要求,打開二通插裝閥8,使高壓蓄能器7與雙向變量泵-馬達11高壓端接通,同時也供給泵-馬達排量來控制油壓,操縱泵-馬達排量在正方向,使它以泵的方式工作,車輛的動能帶動泵-馬達旋轉(zhuǎn),起到阻力源作用,同時把低壓液壓油壓入液壓蓄能器轉(zhuǎn)化為高壓油,實現(xiàn)能量的回收轉(zhuǎn)化。系統(tǒng)在作輔助動力源時,把泵-馬達排量調(diào)整到反方向,這樣可做到高低壓油路端口不變,旋轉(zhuǎn)方向不變。這時泵-馬達以馬達的方式工作,打開二通插裝閥8,高壓蓄能器7中的高壓油推動泵-馬達旋轉(zhuǎn),輔助車輛起步。圖2-16  系統(tǒng)布置原理圖1

29、 制動踏板；2控制單元；3發(fā)動機；4傳動系；5驅(qū)動輪；6低壓蓄能器；7高壓蓄能器；8二通插裝閥；9安全閥；10過濾器；11雙向變量泵-馬達；12排量控制油路2.4.4 應(yīng)用實例采用伺服泵或變速泵,不經(jīng)節(jié)流元件,直接控制差動液壓缸的運動,是液壓控制技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能、減小系統(tǒng)發(fā)熱的有效途徑之一,也是目前國內(nèi)外的研究熱點。發(fā)展優(yōu)化的回路原理,在滿足系統(tǒng)動靜態(tài)特性要求的同時,使能耗降低到最小?；谶@一思想,針對注塑機中運動的特點,用單臺變量泵結(jié)合蓄能器和旁通比例閥復(fù)合控制差動缸運動的回路原理,不僅簡化了系統(tǒng),也使鎖模機構(gòu)每工作循環(huán)的能耗由原18kW/s降低為11kW/s。用變量泵、比例閥和蓄能器復(fù)合控

30、制差動缸驅(qū)動注塑機鎖模機構(gòu)的回路原理如圖2-17所示。回路的特點是,液壓缸活塞桿伸出時,液壓泵提供動力,同時將液壓缸運動的動能轉(zhuǎn)換為壓力能存儲在高壓蓄能器中；活塞桿收回時,蓄能器向系統(tǒng)提供能量。為了消除回程中電動機處于制動狀態(tài)時消耗的能量,在液壓泵和油箱之間并聯(lián)一比例節(jié)流閥,這樣,在活塞桿收回時,液壓泵停止工作,用比例節(jié)流閥控制缸的速度。該回路原理既適用于變速泵,也適用于傳統(tǒng)伺服泵組成的系統(tǒng),并且只需要單方向工作的液壓泵。注塑機存在較長的保壓和冷卻周期,選用伺服電動機與定量泵組成的變速泵用作動力源,降低電動機在冷卻、保壓等工作周期的能耗。2.5 其他功能2.5.1 輸送異性液體蓄能器用于輸送異

31、性液體的回路如圖2-18所示。蓄能器內(nèi)的隔離件（隔膜、氣囊式活塞）在液壓油作用下往復(fù)運動,輸送被隔開的異性液體。常將蓄能器裝于不允許直接接觸工作介質(zhì)的壓力表（或調(diào)節(jié)裝置）和管路之間。2.5.2 作液壓空氣彈簧采用液壓蓄能器和過載傳感器,可使車輪在行駛中遇到坑洼時,主動地將車輪抬高或降低,以保持車身處于水平狀態(tài)。蓄能器可作為液壓空氣彈簧吸收沖擊壓力,彈簧剛度KT等于氣囊壓縮時的壓力差產(chǎn)生的當量液壓缸作用力除以當量液壓缸的位移,單位為Pa·m。即式中P1、P2最低工作壓力和最高工作壓力,Pa；        

32、 A當量液壓缸的有效面積,m2；    V1、V2壓力為P1、P2時氣體的體積,m3?；钊健⑵つ沂?、隔膜式蓄能器的最大區(qū)別皮囊式蓄能器優(yōu)點：1.皮囊（膠囊）慣性小，反應(yīng)靈敏，適合用作消除脈動；2.皮囊將油氣隔開，油氣不會混合（不破裂的情況下）；3.維護容易、附屬設(shè)備少、安裝容易、充氣方便。缺點：1.皮囊的使用壽命通常較短（相對活塞式而言），而且各品牌的皮囊質(zhì)量差異很大； 2.導(dǎo)致皮囊壽命縮短而破裂的因素很多，其中包括皮囊本身的質(zhì)量壽命差異、皮囊裝配各步驟操作不當（如事先未充液潤滑）、預(yù)充氣各步驟操作不當（如未能緩慢充氣）、預(yù)充氣壓力計算誤差、油口流速接近或超過7

33、m/s、作儲能用時單次往復(fù)時間接近或少于10秒、皮囊在工作中與菌型閥相碰撞、溫度變化大（包括季節(jié)溫差大）、長期橫向振動搖晃、流體腐蝕、介質(zhì)內(nèi)微小固體雜質(zhì)慣性沖擊，等等；3.皮囊破裂時，可能會導(dǎo)致蓄能器突然失效，同時油箱噴油、氣爆，導(dǎo)致系統(tǒng)事故或維修及停機等損失；4.皮囊不能做得太大，否則影響皮囊壽命，美國ASME標準一般最大為60升 ； 5.工作壓力不能太高，國內(nèi)最高（3倍或更小安全系數(shù)）一般為31.5Mpa，拓步皮囊式蓄能器（4倍安全系數(shù)）為51.8Mpa ； 6.在快速釋放油液時，囊式蓄能器的菌型閥可能會提前關(guān)閉，導(dǎo)致蓄能器突然暫時失效；7.因皮囊材質(zhì)為橡膠，強度不高,不能承受很大的壓力波

34、動（注意皮囊壓縮比），波動幅度過大會大大降低皮囊壽命；所以同時，皮囊式蓄能器一般也不適合串聯(lián)氣瓶或氣瓶組使用。 活塞式蓄能器優(yōu)點： 1.通常使用壽命比皮囊式蓄能器更長；2.相對于皮囊式的更換皮囊，活塞式更換密封件成本更低，操作更簡便；3.安裝容易、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，充氣方便； 4.跟皮囊式突然失效（皮囊破裂而泄露）不同，活塞式一般具備多道密封，即使失效也是逐漸、緩慢地失效（泄露），對于某些設(shè)備或系統(tǒng)，蓄能器的突然失效可能導(dǎo)致事故或重大損失，此時應(yīng)選用活塞式蓄能器； 5.活塞式蓄能器可以做得很大，拓步活塞式蓄能器的常規(guī)型號單件容積可以達到760升，非常規(guī)型號可以更大；6.壓力可以很高，雖然國內(nèi)

35、活塞式蓄能器（3倍或更小安全系數(shù)）只能做到21Mpa或31.5Mpa，但是拓步蓄能器（4倍安全系數(shù)）活塞式常規(guī)型號可以做到138Mpa（1380 Bar），非常規(guī)型號可以更高；7.耐高溫型號性能更穩(wěn)定，拓步耐高溫型號活塞式蓄能器可承受230攝氏度以下高溫；8.可以承受很大的壓力波動幅度，并適合串聯(lián)氣瓶或氣瓶組（大大提高容積利用率）。 缺點： 1.低壓情況下活塞因慣性影響大而不適于作高頻往復(fù)運動，故活塞式蓄能器不適于在低壓情形下用于吸收脈動、高頻振動；（但其它如作輔助動力源、蓄能保壓、吸收液壓沖擊、回收能量等功能上，活塞式和皮囊式的性能是相同的；另外，在高壓情況下，如13Mpa以上，壓力越高，活

36、塞的慣性影響就越來越小，經(jīng)驗證明，此時采用活塞式蓄能器尤其是小容積型號的，同樣可以很好地實現(xiàn)消減脈沖、吸收振動、消除噪音的效果）；2.對殼體內(nèi)壁加工精度及密封件等要求很高，否則容易滲漏，各品牌的質(zhì)量差異較大；拓步活塞式蓄能器獨特的設(shè)計，使?jié)B漏降至最低，通常連續(xù)使用3-5年才需要補充氣體；3.殼體內(nèi)壁精度、密封材質(zhì)、潤滑設(shè)計等，都會影響到活塞運動的摩擦力大小，各品牌的質(zhì)量差異較大；4.活塞式蓄能器一般比皮囊式要重一些（拓步的某些輕型活塞式蓄能器除外）； 5.活塞式蓄能器一般比皮囊式要貴（拓步蓄能器的一小部分活塞式型號比皮囊式價格便宜）。 隔膜式蓄能器優(yōu)點：1.其重量和容積比最小，反應(yīng)靈敏，低壓消

37、除脈動效果顯著。缺點：1.壓力小，一般最大為7Mpa；2.容積小，一般最大為11.4升。氣囊式、皮囊式、膠囊式蓄能器 能提供一個輔助能源，既所儲存的能源能在高峰時刻應(yīng)用，以便選用較小的泵。 防止閉式系統(tǒng)中管路及系統(tǒng)組件因熱脹冷縮而受到損壞。 可經(jīng)常保持液壓系統(tǒng)中一定的流量和壓力。 在管道系統(tǒng)中減少因壓力巨變而產(chǎn)生的振動和損失。 補充液體容積以保持一定的壓力。 吸收液體流路中的沖擊振動，以減少管路，裝置和儀表的損壞從而節(jié)約費用。 當停泵或停電時，可提供一個應(yīng)急能量以便安全地做完一個工作循環(huán)。 可較長時間地使系統(tǒng)維持一個必須的高壓而無需開泵，以防止油料過熱減少泵磨損并節(jié)約能源。 為設(shè)備的嚴重磨損區(qū)

38、提供不問斷但流量不入的潤滑油。典型的用途應(yīng)用: 建設(shè)工程、礦山設(shè)備中用于緊急情況下的操縱和剎車。 液壓傳動中用于換向時吸收沖擊。 注模鑄造設(shè)備操作中用于在一個短時間內(nèi)提供高壓。 柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備減少振動。 叉車及車載升降臺等設(shè)備用于壓力突變時起阻尼作用。 機床上用于保持壓力以采用小規(guī)模的油泵。 汽輪機上用于提供潤滑油。 油井、井口防噴器上用于作關(guān)閉閘門的備用動力。蓄能器在系統(tǒng)中的應(yīng)用、選型、計算高壓蓄能器在高壓EH油系統(tǒng)中是如何發(fā)揮作用的?什么時候發(fā)揮作用?    高壓蓄能器主要是平衡管路油壓波動。具體分析一個特殊例子：當系統(tǒng)的多數(shù)油動機快速開啟時（比如汽輪

39、機開始沖轉(zhuǎn)，2個中壓調(diào)節(jié)門同時開啟，或者2900轉(zhuǎn)時的閥切換，6個高調(diào)門同時開啟），系統(tǒng)油壓必然快速下降，此時油泵來不及做出反映，蓄能器在設(shè)計上位置不僅靠近油動機并且能比油泵更加迅速的向系統(tǒng)補充油液，避免系統(tǒng)油壓下降到9.7MPA時造成保護動作而停機。 蓄能器的重要性在高壓EH油系統(tǒng)中舉足輕重。     流體實際上是不可壓縮的，不能儲存能量，因而液壓蓄能器利用氣體（氮氣）可壓縮性來儲存流體。蓄能器實質(zhì)上是一個儲存壓力流體的腔室，靠氣體的可壓縮性將不可壓縮的流體能量得以儲存，以備做有用功。上述的流體與液壓回路相聯(lián)結(jié)，當系統(tǒng)壓力升高，流體壓縮氣體而進入蓄能器；當系統(tǒng)壓

40、力降低，壓縮氣體膨脹，并迫使流體流回液壓回路。 蓄能器的典型應(yīng)用： 流體儲存，緊急能源，吸收脈動，涌流控制，噪聲衰減，車輛減震，容積補償，壓力補償，滲漏補償，熱脹吸收，力學(xué)平衡，增加流量。儲蓄液壓能： （1）對于間歇負荷，能減少液壓泵的傳動功率 當液壓缸需要較多油量時，蓄能器與液壓泵同時供油；當液壓缸不工作時，液壓泵給蓄能器充油，達到一定壓力后液壓泵停止運轉(zhuǎn)。（2）在瞬間提供大量壓力油。（3）緊急操作：在液壓裝置發(fā)生故障和停電時，作為應(yīng)急的動力源。（4）保持系統(tǒng)壓力：補充液壓系統(tǒng)的漏油，或用于液壓泵長時期停止運轉(zhuǎn)而要保持恒壓的設(shè)備上。（5）驅(qū)動二次回路：機械在由于調(diào)整檢修等原因而使主回路停止時

41、，可以使用蓄能器的液壓能來驅(qū)動二次回路。（6）穩(wěn)定壓力：在閉鎖回路中，由于油溫升高而使液體膨脹，產(chǎn)生高壓可使用蓄能器吸收，對容積變化而使油量減少時，也能起補償作用。緩和沖擊及消除脈動：（1）吸收液壓泵的壓力脈動。（2）緩和沖擊：如緩和閥在迅速關(guān)閉和變換方向時所引起的水錘現(xiàn)象。注：1.緩和沖擊的蓄能器，應(yīng)選用慣性小的蓄能器，如氣囊式蓄能器、彈簧式畜能器等。 2.緩和沖擊的蓄能器，一般盡可能安裝在靠近發(fā)生沖擊的地方，并垂直安裝，油口向下。如實在受位置限制，垂直安裝不可能時，再水平安裝。 3 .在管路上安裝蓄能器，必須用支板或支架將蓄能器固緊，以免發(fā)生事故。 4.蓄能器應(yīng)安裝在遠離熱源地地方。水泥廠

42、立式輥磨中蓄能器的選擇案例磨輥的油缸壓力在運行中的變化曲線。當蓄能器太小，設(shè)定正常壓力Pn太大時，則液壓彈簧系統(tǒng)很硬，這時磨輥隨著料層厚度變化使液壓系統(tǒng)壓力變化幅度很大。為很好地發(fā)揮蓄能器緩沖振動作用，蓄能器要選得足夠大，與液壓油缸相連管道應(yīng)有足夠的斷面，而且蓄能器應(yīng)盡量靠近油缸。蓄能器選得小，產(chǎn)生較大振動。一般認為在磨輥加壓的接桿上測得振動速度在15mm/s內(nèi)較為合適，以此為標準來選擇蓄能器。還建議蓄能器氮氣充氣壓力： Po=09×pmin 式中：Pmin一液壓系統(tǒng)最小壓力，MPa； 液壓系統(tǒng)壓力變化值P=Pmax_Pmin=25Pn ； Pn一正常工作壓力，MPa。 蓄能器的容量

43、計算作輔助動力源V0所需蓄能器的容積（m3）p0充氣壓力Pa，按0.9p1p00.25 p2充氣Vx蓄能器的工作容積（m3）p1系統(tǒng)最低壓力（Pa）p2系統(tǒng)最高壓力（Pa）n指數(shù)；等溫時取n=1；絕熱時取n=1.4吸收泵的脈動A缸的有效面積（m2）L柱塞行程（m）k與泵的類型有關(guān)的系數(shù)：   泵的類型  系數(shù)k   單缸單作用 0.60   單缸雙作用 0.25   雙缸單作用 0.25   雙缸雙作用 0.15   三缸單作用 0.13   三

44、缸雙作用 0.06p0充氣壓力，按系統(tǒng)工作壓力的60%充氣 吸收沖擊m管路中液體的總質(zhì)量（kg）管中流速（m/s）p0充氣壓力（Pa），按系統(tǒng)工作壓力的90%充氣注：1.充氣壓力按應(yīng)用場合選用。    2.蓄能器工作循環(huán)在3min以上時，按等溫條件計算，其余均按絕熱條件計算。 液壓蓄能器選型步驟第一步：明確蓄能器的主要功能1輔助動力源  提供一個輔助能源，即所儲存的能源能在高峰時刻應(yīng)用，以便選用較小的泵。用較小的泵，也可以實現(xiàn)在瞬間提供大量壓力油。  平穩(wěn)保持液壓系統(tǒng)中一定的流量和壓力。  補充液體容積以保持一定的壓力。 

45、當液壓裝置發(fā)生故障、停泵或停電時，作為應(yīng)急的動力源，以便安全地做完一個工作循環(huán) ，如用于船舶液壓方向舵。  較長時間地使系統(tǒng)維持一個必須的高壓而無需開泵，以防止油料過熱減少泵磨損并節(jié)約能源。  保持系統(tǒng)壓力：補充液壓系統(tǒng)的漏油，或用于液壓泵長時期停止運轉(zhuǎn)而要保持恒壓的設(shè)備上。  驅(qū)動二次回路：機械在由于調(diào)整檢修等原因而使主回路停止時，可以使用蓄能器的液壓能來驅(qū)動二次回路。  穩(wěn)定壓力：在閉鎖回路中，由于油溫升高而使液體膨脹，產(chǎn)生高壓可使用蓄能器吸收，對容積變化而使油量減少時，也能起補償作用。  為設(shè)備的嚴重磨損區(qū)提供不問斷但流量不大的潤滑油。建

46、設(shè)工程、礦山設(shè)備中用于緊急情況下的操縱和剎車。  注模鑄造設(shè)備操作中用于在一個短時間內(nèi)提供高壓。  機床上用于保持壓力以便采用小規(guī)模的油泵。  汽輪機上用于提供潤滑油。  油井、井口防噴器上用于作關(guān)閉閘門的備用動力。  流體儲存，緊急能源，壓力補償，滲漏補償，熱脹吸收，增加流量。  對于間歇負荷，能減少液壓泵的傳動功率。當液壓缸需要較多油量時，蓄能器與液壓泵同時供油；當液壓缸不工作時，液壓泵給蓄能器充油，達到一定壓力后液壓泵停止運轉(zhuǎn)。  具體分析一個例子：蓄能器的重要性在高壓EH油系統(tǒng)中，當系統(tǒng)的多數(shù)油動機快速開啟時（比如汽

47、輪機開始沖轉(zhuǎn)，2個中壓調(diào)節(jié)門同時開啟，或者2900轉(zhuǎn)時的閥切換，6個高調(diào)門同時開啟），系統(tǒng)油壓必然快速下降，此時油泵來不及做出反映，蓄能器在設(shè)計上位置不僅靠近油動機并且能比油泵更加迅速的向系統(tǒng)補充油液，避免系統(tǒng)油壓下降到9.7MPA時造成保護動作而停機。2吸收脈動  吸收液壓泵的壓力脈動。  減震，柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備減少振動。  噪聲衰減，柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備降低噪音。  柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備降低能耗。  使柱塞式/隔膜式泵等設(shè)備輸出壓力更加平穩(wěn)，平衡管路油壓波動。3吸收沖擊  吸收緩沖 突發(fā)和劇烈的沖擊 造成的系統(tǒng)內(nèi)壓力巨變。